曝氣生物濾池技術在再生水處理中的應用分析

趙杰 ZHAO Jie

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司四川分公司，成都 610000）

0 引言

目前，經濟全球化趨勢加快，人們越來越重視水資源利用和保護工作[1]。對于水資源環境保護而言，污水處理是重點，政府頒布了一系列政策監督企業科學處理污廢水，不得隨意排放污廢水，預防嚴重破壞水體環境。在污水處理中，曝氣生物濾池技術是重點，憑借其占地面積小、維護成本投入低、自動化操作等優勢，可全方位、有效地治理污水，進一步強化污水處理成效，確保更多的水資源能夠再生使用。

1 曝氣生物濾池技術

作為一種生物膜法，曝氣生物濾池技術（BAF）所具有的部分特性和活性污泥法相同，將生物陶粒填充滿整個曝氣池，借助陶粒表面附著的生物膜，對水體中的污染進行有效降解[2]。同時，陶粒具有孔隙率大、堆積的密度小、粒徑小等獨特優勢，表面極易黏附大規模的生物膜。這些生物膜中的微生物擁有大規模的數量及屬種，如好氧菌、兼氧菌和厭氧菌等。因此，針對水體中的有機物，這一技術去除效果明顯，尤其是氨和氮。

在凈化污水的過程中，生物膜的作用至關重要，濾層還會將一些活性污泥中的大規模懸浮生物予以有效地截留，可有效吸附與降解各種污染物[3]。同時，運用池頂出水、池底配水以及上向流式等方式，和濾料的壓密方向完全不同，因此能夠高效率地完成固液分離及接觸氧化等，無需安裝二沉池。

2 曝氣生物濾池技術在再生水處理中應用實例分析

在某城市污水處理廠BOT項目中，此項目尤為關鍵，建設的根本出發點在于控制污染物排放量、循環利用水資源。該地區是一個工業、糧食城市，用水量大，尤其是工業用水，再次處理二級處理后的水，確保其能夠達到中水回收的各項要求與指標，不僅能夠節約更多的水資源，而且中水費用更低，有利于降低企業成本投入，獲取更多的經濟效益。另外，該城市已經建設了城市污水處理廠，中水處理工程所需條件已經具備。

2.1 污水設計水質

2.1.1 污水進水水質（見表1）

表1 設計用原水水質

2.1.2 污水出水水質

污水經過處理后，出廠水排放，水質符合《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）的二級標準和《某水系污水綜合排放標準》（DB61-224-2006）的二級標準（見表2）。

表2 污水處理出水水質mg/L

2.1.3 污水處理效果

污水處理廠的主要進出水指標與處理效果見表3。

表3 主要進出水水質指標與處理效果表

2.2 再生水處理方案選擇

2.2.1 可用于城市污水中水處理系統的生物處理工藝對比（見表4）

表4 生物處理工藝比較表

基于相關水質標準，再結合污水處理廠水質成分、規模等因素，本研究選擇采用BAF工藝。

2.2.2 污水處理廠中水回用處理工藝方案確定

結合項目實際情況，相比于CASS工藝、A2/O工藝、氧化溝工藝，BAF工藝具有無污染膨脹、占地小、投資少、維護難度低等優勢[4]。同時，因這一工藝占地面積小，所以需求投入大量的整地費用，也不會影響周圍土地的開發。另外，投入使用后運行及維修費用投入較低，可有效地降低當地政府財政壓力。因此，從技術及經濟等方面進行綜合分析，本項目選擇使用BAF工藝作為中水處理的主要工藝。

2.2.3 污水處理廠中水回用處理工藝流程

中水回用系統中，污水處理廠的出水是主要處理對象，借助曝氣生物濾池，有效處理水體中的有機物和氨氮，再對處理后的污水進行消毒處理，最終用于循環用水、綠化用水。針對工業鍋爐用水，還需通過自身深度處理，如精密過濾、反滲透和離子交換等，才能夠使用[5]。污水處理工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程

2.2.4 污泥處理工藝選擇

對于本次項目，中水回收系統是建設的重點，關于工藝的選擇，主要為BAF，反洗排放水是處理的對象，其中只含有很少的干污泥，水占據著較大比例。鑒于這一情況，可設計一個水池來保存反吸排水，將其進行減容處理后排入到調節池中，將底部污泥輸入到污泥處理系統中。可以借助污水處理廠之前的污水處理系統，無需專門將污水處理裝置設置在中水處理工段[6]。而污水處理廠污水處理段污泥處理系統的工藝流程見圖2。

圖2 污泥處理系統的工藝流程

2.3 中水處理系統

在生物曝氣濾池中，有效清除污水中的有機物，通過全面消毒，促使其能夠符合中水出水的標準，并將其保存于回收水池中[7]。其中，混合部分中水（1×104m3/d）和VT出水，與“二級”污水排放標準相符，可以排放；部分中水（3×104m3/d）可以使化工廠用水需求得到滿足。

在生物處理中引入BAF工藝，污水通過濾料，并重點處理被濾料表層所存在的生物膜，整個過程中所出現的污泥則停留于在過濾層中，只有得以凈化的水才能夠通過，如此便能夠在一個完全密封的反應器中進行有效的生物處理，無需在下游設定二層池分離固液。

向上流濾池底部對反洗進水和進水管進行了設計，填料層位于中上部，為了使補水更加均勻，將一個裝有濾頭的混凝土濾板設置在濾床下方，濾頭能夠從板面拆掉，為維修提供便捷。清水區位于濾料上層，反洗過程中則作為反洗排水區，濾料反洗膨脹高度、出水水質標準直接決定了其高度。

濾池供氣系統設計了兩套管路，工藝空氣管主要作用在于工藝曝氣，設備安裝在濾板和濾料的中間，以此來促使濾頭的污水能夠同空氣進行有效混合，并可降低曝氣管道壓頭，減少電能消耗。值得注意的是，在濾池底部，將空氣管道設計成反沖洗空氣管。

中水處理系統包括：曝氣池布水池及出水檢測池、曝氣生物濾池、設備間、中水儲水及消毒池、反洗排水暫存池和加氯消毒系統。

2.3.1 曝氣池布水池及出水檢測池

對于曝氣生物濾池而言，為了能夠實現均勻布水，且能夠滿足水質監測要求，這一部分應包含布水前池、濾池總配水管、檢測溢流池三個重要內容。首先，布水前池作用在于將VT系統處理之后合格的水進行存儲，然后向濾池總配水管進行運輸。布水前池由混凝土、鋼筋制作而成，具體尺寸為3.9×3.7×1.0（H）mm。其次，布水前池和檢測溢流池之間需要通過濾池總配水管進行連接，然后將水運輸到曝氣生物濾池。水管應采取焊接鋼管，管徑1200mm。最后，對于溢流池而言，其主要職能在于監測排放的水質情況，保證其符合標準。其屬于鋼筋混凝土水池，具體尺寸為4.6×3.9×1.0（H）mm，在其中設計溢流堰，通過處理后滿足相關標準的污水，需要憑借溢流堰讓其進入達標排放管道，進而匯入到總排污渠中。因本次項目所占面積較小，為了節約土地面積及投資額，以上所提到的三部分均設計在曝氣生物濾池上。

2.3.2 曝氣生物濾池

對于曝氣生物濾池而言，其在中水處理系統中發揮著重要作用。同時，供用戶用水水量、水質，屬于對設計科學性進行判斷的關鍵依據，也直接關系到其運行的可靠性。本工程總共設計了十二座曝氣生物濾池，均采取矩形池體的形式，共享池壁，以此來降低占地面積及投資額。其中，單座曝氣池尺寸設定為9.6×7.5×6.3（H）mm。

本工程采取向上流曝氣生物濾池，直接從曝氣池輸入污水，借助于濾帽迅速被分到濾料層中，其底部曝氣管道中設置了微孔膜曝氣器。能夠促進氧轉移效率的提高，并實現布氣均勻。對于富含溶解氧的污水而言，其在經過濾料層的過程中，微生物群落會吸附以及降解污染物等，生成微生物營養，然后利用溢流堰將處理完成的水排放到排水渠中，最后進入水貯存和消毒池。

被微生物吸附的各類污染物，能夠向微生物提供營養，能夠被微生物進行有效地降解與吸收。由于曝氣生物濾池之中涉及許多的微生物，再加上污泥時間偏長，污泥量少，能夠順利消除氨氮。

將手動調節閥設置到曝氣池進水管內，能夠基于出水的具體情況進行科學調節，以此來獲取最佳的處理成效。在長期運行過程中，微生物會不斷增多，應及時反沖洗曝氣生物濾池，促使濾料能夠得以再生。反沖洗中，最好選擇使用氣、水聯合反洗的方式，其所需水量較低，濾料膨脹率較小，可徹底進行反洗。

本工程對濾池放空、濾頭清洗水管進行了設計，如果曝氣池在實際運行過程中產生問題，排除其它各項原因之后，需要對濾頭進行反向沖洗，促進其過流能力的提高。其中，曝氣生物濾池設計的計算表現如下：

通過分析這一項目進出水處理要求及指標得知，氨氮去除率要求十分嚴格，因此最好采取硝化容積負荷計算法，其中硝化容積負荷設定為0.1-0.5kgNH3-N（m3濾料·d）

其中，Q=40000m3/d；ΔCNH3-N=18-5=13mg/L；qNH3-N取0.2kgNH3-N。

因此，W=2600m3。

一般而言，曝氣生物濾池中濾料層高度H濾料一般處于2.5-4.5m范圍內。受水力負荷影響，濾料層高屬于污水與微生物長期接觸，出水作用佳，然而對鼓風機壓頭的要求也比較高，能耗較大；濾料層低則表現為污水與微生物之間進行接觸的時間偏短，導致出水效果不佳，因此對鼓風機壓頭低，能耗投入更高。結合曝氣生物濾池具體運行情況，本工程將濾料層高度H濾料設置為3m，則曝氣生物濾池面積計算公式如下

結合本次項目，A=2600/3≈864m2

本次項目總共計劃設計十二座曝氣生物濾池，因此每一座具體截面積為

a=864/12=72m2，每一座尺寸為9.6m×7.5m。

濾池總面積為864m2時，那么水力負荷為：

因流入濾池的廢水都是均勻通過濾料層，在其承托層下部設置一個緩沖配水室，高度設定為1.2-1.5m。因濾頭及配水室布水情況，再加上為了便于清洗，本工程將H配水設定為1.5m，且在配水池壁中設計檢修入孔。同時，在反沖洗過程中應考慮分析到濾料的膨脹期，在濾料層上設計一個0.8-1.0m高的清水區，本研究取高度為1.0m；濾池的超高取H超高=0.3m，承托層高H承托=0.3m，則濾池的總高為：H=H濾料+H配水+H清水+H超高+H承托=3+1.5+1.0+0.5+0.3=6.3m。

2.3.3 設備間

對于曝氣生物濾池而言，運用雙排布置的辦法，將能夠進行調節的閥門設置到兩排池體中間位置。同時，將巡檢裝置安裝到曝氣池頂部，然后再在下面設置設備間。為了能夠節約占地面積及建設成本，可把鼓風機、反洗鼓風機設計在設備間。

2.3.4 中水儲水及消毒池

這一個池中主要存放了曝氣池一次反沖洗、消防儲水、化工廠調節所需用水等，且也充當著消毒池的作用，避免氯氣和水之間的接觸時間高于30min，管網余氯符合0.1-0.2mg/L的規定。其中，中水儲水池設計反洗水泵、消防給水泵和中水供水泵。

2.3.5 反洗排水暫存池

為了預防出現反洗前期排水不通暢而引起的溢水情況，本工程對反洗排水暫存池進行了設計，同時對排水泵予以了安裝，采取液位控制的辦法，讓反洗排水進入排水管網，然后再進入污水處理廠一級提升泵站進水池內。

2.3.6 加氯消毒系統

基于《建筑中水設計規范》，加氯量最好控制在5-8mg/L，選擇使用三臺加氯機，投入量為22kg/h；設計鋼瓶6個，TCS—2000數字電子稱1臺。為了預防氯氣泄露對人體的不良影響，加氯間最好安裝一套氯氣吸收裝置，吸收能力為1000kg/h，且自帶漏氯報警儀。一旦空氣中的氯氣含量超標，報警儀便會迅速報警，并將漏氯吸收裝置打開，將泄露的氨氣完全吸收。

2.4 應用效果

本項目引入曝氣生物濾池（BAF）工藝后，污染物排放量得以有效控制，水資源得以節約，污水得以循環利用，并實現了零排放的目標，所以這一項建設工程符合城市可持續發展理念，對城市健康發展的意義重大。假設該工程每天中水處理量為4萬m3，那么建成前后污染物排放情況如表5所示。

表5 項目建設前后主要污染物排放量對比

3 結語

總之，在我國生態環境保護中污水處理是重點，各級政府應加強各企業污水排放情況，廣泛推廣使用曝氣生物濾池技術，對曝氣生物濾池工藝體系進行優化與改善，有效控制進水的有機物，并增強其硝化性能及抗沖擊負荷水平。同時，采用高水準的濾料，有效去除各種污染物，提高水的質量。